高通量多通道低丰度生物分子的磁传感识别方法技术

本发明专利技术涉及一种高通量多通道低丰度生物分子的磁传感识别方法，属于生物分子识别技术领域。本发明专利技术主要针对基于抗原－抗体、细胞因子－细胞因子受体、生物活性肽－受体、生物素－亲和素、手性分子等系统构成的免疫标记生物分子检测、监测和识别方法。以超顺磁的磁性粒子和高性能磁传感器构成生物分子探针和探测系统。其可以应用于生物、医药和食品安全等应用领域，可以进行生物分子识别、检测和监测；临床疾病诊断；食品安全检测；病毒和细菌检测。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，属于生物分子识别
。本专利技术主要针对基于抗原－抗体、细胞因子－细胞因子受体、生物活性肽－受体、生物素－亲和素、手性分子等系统构成的免疫标记生物分子检测、监测和识别方法。以超顺磁的磁性粒子和高性能磁传感器构成生物分子探针和探测系统。其可以应用于生物、医药和食品安全等应用领域，可以进行生物分子识别、检测和监测；临床疾病诊断；食品安全检测；病毒和细菌检测。【专利说明】
本专利技术涉及一种，属于生物分子识别
。其可以应用于生物、医药和食品安全等应用领域，可以进行生物分子识别、检测和监测；临床疾病诊断；食品安全检测；病毒和细菌检测。
技术介绍
生物分子识别在RNA链识别，基因检测，细菌诊断，新的药物发现，DNA缺陷及生物战中致命毒剂，食品安全和以恶性肿瘤为代表的重大疾病的早期诊断检测等方面有着广泛的应用。随着人类基因图的完成，对过去大量未知基因链信息的了解已成为可能。生物分子识别和检测已从科学研究的领域扩展至我们现代人类社会的每一个角落。无标记和免疫标记是生物分子检测的两种主要的方法。无标记技术直接测量生物分子的质量和介电性能，从而避免了生物分子的修饰。电荷、折射率、电化学氧化和质谱是无标记生物分子检测常用的测量手段，其中生物质谱技术是最具有广泛应用前景的无标志物生物分子检测技术。然而，生物质谱技术在多种生物标志物的分子量非常接近的情况，通过质谱仪直接测量全段标志物分子的质量并不能实现可靠的分子识别。根据需要，质谱还常将某个肽离子经过诱导碰撞碎裂成为更小的碎片离子，通过测量这些碎片离子的质荷比和强度，获得二级或串联质 谱。此外质谱检测出来的蛋白质还需要传统方法鉴定，小分子量标志物分子的检测难度大，影响因素较多和敏感度相对较低。标记免疫分析是另一种高灵敏度、高特异性生物分子检测技术。因其具有许多独特优点，已成为生物分子检验的重要技术手段。目前生物分子标记技术主要有抗原一抗体、细胞因子一细胞因子受体、生物活性肽一受体、生物素一亲和素系统等靶向系统。通过不同的靶向途径，可以将示踪剂精确地导向生物分子，从而提高生物分子检灵敏度。由于大多数生物分子的含量甚微，标记生物分子检测的最大挑战和关键在于能否拥有探测到极小浓度甚至单生物分子的超高灵敏度的诊断科学和技术。常见的标记生物分子识别方法是光或电生物信号探测。电生物分子识别技术是转换生物识别过程到一个电信号的探测，通常电流、电阻、电抗及电容的变化。大多数电生物敏感器利用电化学反应来实施信号传递。酶分子标识是最常见的用于电化学生物传感器方法。当用酶标识的分子连接被探测生物分子时，由于氧化还原反应产生一个电流，借助于可探测的电流及电流的大小来识别生物分子与生物分子的量。电生物探测的一个巨大优势是它能利用现有的集成电路，特别是场效应晶体管(FET)来测量电信号，然而至今的实验表明，即使运用高灵敏纳米FET或碳纳米管，仍不能探测发自于10 pi以下生物分子的信号，所以生物分子探测需要更高灵敏度及准确的识别方法。用荧光分子或荧光纳米晶体标识生物分子和半导体量子点，其探测过程是可见的。直接、简单和可见的探测过程是生物分子光标识及探测的最大优点。通过探测光的波长及强度来确定被探测的生物分子是否存在及量的大小。然而光标识方法探测生物分子有着固有的缺点，即光致脱色及串活干扰。若励激激光太强，光对荧光分子的损伤引起荧光特性的丢失，从而检测失效。同样光对荧光分子的励激，由于杂质及背景的存在，可能产生一个宽的光谱，引起串活干扰。最后，用于荧光探测的激光扫描系统通常体积大、速度慢而且价格昂贵，不能满足针对社区医疗、农村基层医疗与家庭对重大疾病快速早期诊断和食品安全大规模筛查的需求。
技术实现思路
本专利技术在思路、材料、器件、技术途径等多个方面均具有明显的独创性。首先在思路上，充分发挥磁技术的优势。磁分子探针、磁传感探测器、标识分子的磁分离、磁流体器件采用全新的“磁”技术。在材料采用方面，大磁矩超顺磁纳米粒子材料，磁传感器包括量子隧穿传感材料，新的磁粒子和磁传感表面的包裹和生物功能化材料都是全新和系统的引入。在生物分子识别和检测模式上，提出以磁传感器为核心的单分子高灵敏检测技术，将突破以光、声、影为主要生物分子识别和检测技术的局限性，开辟全新的磁生物分子识别和检测技术。本专利技术主要针对基于抗原一抗体、细胞因子一细胞因子受体、生物活性肽一受体、生物素一亲和素、手性分子等系统构成的免疫标记生物分子检测、监测和识别方法。以超顺磁的磁性粒子和高性能磁传感器构成生物分子探针和探测系统。本专利技术的目的是提供了一种高通量多通道低丰度多通道生物分子的磁传感识别方法，包括如下步骤: 第I步、磁纳米粒子的表面修饰:在磁纳米粒子上包覆壳层，所述的壳层的材料是惰性金属、高分子聚合物或者二氧化硅，得到表面修饰的磁纳米粒子； 第2步、磁粒子的表面生物功能化:在第I步所得的表面修饰的磁纳米粒子上包覆上链霉亲和素，得到探测探针； 第3步、磁传感器薄膜的沉积:利用薄膜真空沉积方法制作磁传感器薄膜； 第4步、磁传感器微纳米制造:将磁传感器薄膜制造成传感器阵列，并在传感器的两端安装钉扎层器件结构； 第5步、标定磁传感器的磁电阻:对第4步制得的传感器进行磁电阻的测定； 第6步、磁量子传感器的表面修饰:在磁传感器上依次进行金属氧化物和高分子多表面层的修饰，再在高分子多层表面层上键合要检测的生物分子抗原对应的抗体，得到键合抗体的磁量子传感器； 第7步、生物分子与传感器的偶联:将设定浓度的需要检测的生物分子作为抗原偶联在第6步所得的磁量子传感器的抗体上； 第8步、分析抗体与生物素的偶联:将要检测的生物分子抗原对应的抗体与生物素偶联； 第9步、将第8步得到的偶联生物素的抗体与第7步所得的磁量子传感器通过抗原-抗体结合，得到有抗体-抗原-生物素偶联抗体的磁量子传感器； 第10步、探测探针的偶联:将第2步得到的探测探针偶联至第9步中得到有生物素偶联的抗体上； 第11步、偶联和非偶联磁性探针的磁分离:开启磁场，将没有和有生物素偶联的磁量子传感器偶联的探测探针从传感器表面分离； 第12步、标准曲线的绘制以及生物分子的测定:测定第11步所得的磁量子传感器的磁电阻，与事先在第5步标定的磁电阻进行比较，得到来自磁探针的响应； 第13步、改变抗原的浓度，重复第7步-第12步，得到抗原的浓度与磁电阻值之间关系的标准曲线； 第14步、对待测样本进行测定，通过标准曲线计算得到待测样本中抗原的浓度。本专利技术所述的生物分子包括:抗原一抗体、细胞因子一细胞因子受体、生物活性肽一受体、生物素一亲和素、手性分子等生物分子。生物素-亲合素系统(BAS)，是七十年代后期发展起来的一种生物反应放大系统。二者具有高度的特异的亲和性。生物素为小分子物质；亲和素有卵白素(又称亲和素)和链亲和素。生物素与亲和素/链亲和素之间的亲和性，至少是抗原(Ag)抗体(Ab)间的一万倍以，且不易受外界干扰，复合物稳定。二者均可偶联蛋白质、核、多糖和酶等生物活性物质，同时还能与固相材料结合，通过这些特性可将它们偶联起来。生物素-亲和素/链亲和素既可偶联生物大分子，又可连接标记材料。因此，该方法的应用范围是具有抗原及其对应抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高通量多通道低丰度生物分子的磁传感识别方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步、磁纳米粒子的表面修饰：在磁纳米粒子上包覆壳层，所述的壳层的材料是惰性金属、高分子聚合物或者二氧化硅，得到表面修饰的磁纳米粒子；第2步、磁粒子的表面生物功能化：在第1步所得的表面修饰的磁纳米粒子上包覆上链霉亲和素，得到探测探针；第3步、磁传感器薄膜的沉积：利用薄膜真空沉积方法制作磁传感器薄膜；第4步、磁传感器微纳米制造：将磁传感器薄膜制造成传感器阵列，并在传感器的两端安装钉扎层器件结构；第5步、标定磁传感器的磁电阻：对第4步制得的传感器进行磁电阻的测定；第6步、磁量子传感器的表面修饰：在磁传感器上依次进行金属氧化物和高分子多表面层的修饰，再在高分子多层表面层上键合要检测的生物分子抗原对应的抗体，得到键合抗体的磁量子传感器；第7步、生物分子与传感器的偶联：将设定浓度的需要检测的生物分子作为抗原偶联在第6步所得的磁量子传感器的抗体上；第8步、分析抗体与生物素的偶联：将要检测的生物分子抗原对应的抗体与生物素偶联；第9步、将第8步得到的偶联生物素的抗体与第7步所得的磁量子传感器通过抗原‑抗体结合，得到有抗体‑抗原‑生物素偶联抗体的磁量子传感器；第10步、探测探针的偶联：将第2步得到的探测探针偶联至第9步中得到有生物素偶联的抗体上；第11步、偶联和非偶联磁性探针的磁分离：开启磁场，将没有和有生物素偶联的磁量子传感器偶联的探测探针从传感器表面分离；第12步、标准曲线的绘制以及生物分子的测定：测定第11步所得的磁量子传感器的磁电阻，与事先在第5步标定的磁电阻进行比较，得到来自磁探针的响应；第13步、改变抗原的浓度，重复第7步‑第12步，得到抗原的浓度与磁电阻值之间关系的标准曲线；第14步、对待测样本进行测定，通过标准曲线计算得到待测样本中抗原的浓度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：章伟，胡雪峰，
申请(专利权)人：南京益得冠电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32